EP3609987B1

EP3609987B1 - Vorrichtung und verfahren zum kompaktieren von kohlehaltigem einsatzstoff sowie verwendung

Info

Publication number: EP3609987B1
Application number: EP18724134.4A
Authority: EP
Inventors: Ronald Kim; Uwe TSCHIRNER; Mathias SCHELLER; Matthias SPÖTTLE; Fabian GRAW; Joanna KÜHN-GAJDZIK; Hans-Werner Schröder; Volker Herdegen; Franz FEHSE
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2024-08-07
Anticipated expiration: 2038-04-05
Also published as: JP2020519703A; WO2018189014A1; JP7116083B2; EP3609987A1; UA124595C2; DE102017206457A1; CN110494535A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompaktieren von kohlehaltigem Einsatzstoff sowie die Verwendung bestimmter Anlagenkomponenten oder der in diesem Zusammenhang erstellten Kompaktate. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Kompaktaten aus Einsatzstoffen, die bisher für das Verkoken nicht standardmäßig verwendet werden können, oder die bisher noch kein zufriedenstellendes Endprodukt liefern. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen von nicht-klassischen Einsatzstoffen speziell für die Verkokung in Vertikalkammeröfen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einzelner Komponenten oder Vorrichtungen speziell im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Kompaktaten (Presslinge oder Briketts) aus diesen alternativen Einsatzstoffen.

HINTERGRUND

Kokse und kohlehaltige bzw. kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe sind aktuell und auch in Zukunft für die meisten Volkswirtschaften unserer Erde unentbehrliche Grundstoffe oder stellen bereits als solche Wertstoffe per se dar. Bisher werden vornehmlich Steinkohlen mit hohem Backvermögen (so genannte Fettkohlen) verkokst. Es ist jedoch zu erwarten, dass bestimmte Kokssorten schon in kurzer Zeit auf dem Weltmarkt knapper werden. Insbesondere muss mit einer rückläufigen Verfügbarkeit von für die Verkokung gut geeigneten Kokskohlen gerechnet werden, was dazu führt, dass zukünftig wohl auch schlecht backende bzw. stark treibende Kohlen oder andere Kohlenstoffträger verwendet werden müssen, insbesondere zur Erzeugung von Hochofenkoks. Nicht zuletzt aufgrund politischen Drucks speziell auch in Europa werden in Zukunft Substitute insbesondere für klassische Steinkohlen benötigt, insbesondere da wohl noch viele Jahrzehnte die Verfeuerung von Rohstoffen als Energiequelle unentbehrlich bleiben wird. In Europa wird klassische Kokskohle seit dem Jahre 2014 als kritischer Rohstoff angesehen; dennoch wird ihr im Vergleich zu anderen kritischen Rohstoffen nach wie vor höchste wirtschaftliche Bedeutung beigemessen. Hier zeigt sich bei globaler Betrachtung einerseits ein Widerspruch, andererseits eine Chance oder ein Motivationsgrund, ausgehend von klassischen Verkokungsverfahren weitere Optimierungsmaßnahmen gewinnbringend zu implementieren.
Der Energiewandel vollzieht sich aktuell eher nur in den hochindustrialisierten reichen Ländern, wohingegen Entwicklungsländer auch in vielen Jahren noch auf die Verfeuerung von herkömmlichen Rohstoffen angewiesen sein werden, basierend auf Stand der Technik von vor vielen Jahren/Jahrzehnten. Aber beispielsweise auch in einem weit entwickelten Land wie Australien, insbesondere im Bundesstaat Queensland werden aktuell hohe Investitionen getätigt, um auf modernere Ofentechnik umzusteigen und Rohstoffe auch im eigenen Land in Zukunft weiterhin zu einem hohen Anteil veredeln zu können. Hohes Interesse und hoher technischer Bedarf besteht daher an Vorrichtungen und Verfahren, mittels welchen neue Möglichkeiten bereitgestellt werden können, Kokse bzw. bestimmte Kokssorten mit bestimmten Eigenschaften herzustellen oder zu nutzen, oder das Spektrum der zur Koksherstellung verwendbaren Einsatzstoffe zu erweitern. Selbstredender Weise kann hierdurch auch vermieden werden, dass bestimmte Rohstoffe über große Entfernungen rund um den Globus transportiert werden müssen.
Technisch besonders herausfordernd ist die Herstellung von hochwertigen Koksen aus schwach- und nichtbackenden Verkokungsrohstoffen, insbesondere auch Braunkohlen. Eine Nutzung derartiger Einsatzstoffe auf breiterer Basis dürfte auch in Europa von Interesse sein, insbesondere da der Abbau derartiger Einsatzstoffe noch in vertretbarerem Kostenrahmen erfolgen kann als z.B. bei Steinkohle. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese in letzter Zeit immer lauter werdende Herausforderung, auch nicht-klassische Einsatzstoffe verwertbar zu machen. Interessant ist dabei nicht zuletzt z.B. auch die Verwendung von Einsatzstoffen, welche einen hohen Schwefelanteil aufweisen, insbesondere da sich diverse Anwendungen zeigen könnten, bei welchen genau dieser anfallende Schwefel als Nebenprodukt genutzt werden könnte.
Es hat sich bereits herausgestellt, dass in vielen Fällen die Umwandlung von Kohlen zu hochwertigen Koksen nur dann gelingt, wenn der Rohstoff bzw. Einsatzstoff zuvor auf bestimmte Weise verpresst und konfektioniert wird (so genannte Brikettierung/Kompaktierung von Einsatzstoff zu Kohlebriketts). Die Briketts müssen insbesondere hohen Druckkräften in den mehrere Meter hohen Schüttungen in den Ofenkammern standhalten, insbesondere bei großen Vertikalkammeröfen, und sollen möglichst nicht in kleine Partikel zerfallen. Ein wichtiges Kriterium für eine vorteilhafte Verfahrensgestaltung dürfte also auch die erzielbare Festigkeit des Einsatzstoffes sein, insbesondere hinsichtlich Verwendung in Vertikalkammeröfen. Bei der Suche nach neuen, alternativen Einsatzstoffen und neuen Verfahren ist daher auch die Frage von Interesse, in welcher Konfektionierung der alternative Einsatzstoff optimaler Weise bereitgestellt werden sollte, und auf welche Weise das Konfektionieren dafür erfolgen könnte.
Koksöfen zur Erzeugung von Koks können wie erwähnt als so genannte Vertikalkammeröfen ausgebildet sein. Vertikalkammeröfen werden mit Rohstoffbriketts bzw. Kohlebriketts von oben beladen. Vertikalkammeröfen können eine beträchtliche Bauhöhe aufweisen, beispielsweise im Bereich von 30 bis 40m. Die Briketts werden beispielsweise mit einem Kran oberhalb des Ofens platziert und rutschen, insbesondere infolge Schwerkraft, durch den Verkokungsschacht (Ofenkammer), insbesondere über eine Zeitspanne von mehreren Stunden, beispielsweise 12 oder 15 Stunden, entsprechend der zur Umwandlung des Einsatzstoffes in Koks erforderlichen Zeit. Dabei erfahren die Briketts eine Temperaturänderung, insbesondere von Anfangstemperaturen unter 300°C auf Endtemperaturen zwischen 900 und 1100°C. Üblicherweise sind zwei bis zehn Ofenkammern zu einer so genannten Ofenbatterie eines Koksofens zusammen gefasst. Der Schacht einer jeweiligen Ofenkammer kann eine Höhe von insbesondere 3.5m bis 10m aufweisen, und eine Breite von insbesondere 150 bis 600mm. Hieran ist ersichtlich, dass auf die Briketts beim Verkoken hohe Reib- und Druckkräfte einwirken. Die Festigkeit der Briketts soll daher möglichst sehr hoch sein. Andererseits sollen noch Volumenänderungen und "guter" Stofftransport innerhalb des Briketts ermöglicht werden können. Eine gewisse Porosität ist also ebenso vorteilhaft.
Zum Bereitstellen von Briketts kann vorab ein Zerkleinern des Rohstoffes erfolgen, insbesondere in Hammermühlen, insbesondere auf Korngrößen von 0 bis 1mm. Üblicherweise werden die Briketts darauffolgend in Pressen durch Verpressen der Körner kompaktiert, wobei sich bisher in vielen Fällen eine Brikett-Geometrie in der Art eines länglichen Quaders mit wahlweise abgerundeten Ecken oder abgerundeten Kanten als vorteilhaft erwiesen hat. Auch Briketts in Form eines Ellipsoids sind geläufig, insbesondere hergestellt mittels Walzenpressen.
Zur Steigerung des Backvermögens (Zusammenhaften der Partikel während und nach dem Verpressen) bzw. zur Verbesserung der Agglomerationseigenschaften des zerkleinerten Rohstoffes kann eine Zugabe von Wasser bzw. Dampf erfolgen. Ein hoher Wassergehalt kann sich jedoch nachteilig auf die Festigkeit der Briketts auswirken, sobald diese verkokt werden, mit der Folge, dass die Briketts insbesondere im unteren Bereich in einem Vertikalkammerofen, wo die größten Kräfte bzw. Lasten auf die Briketts wirken, zerfallen und den Verkokungsvorgang beeinträchtigen.
In der Tat hat sich gezeigt, dass Schwierigkeiten im gesamten Verfahren an unterschiedlichen Prozessschritten insbesondere dann auftreten, wenn die Festigkeit der Briketts nicht ausreichend hoch ist, mit der Folge, dass die Kohle-/Koks-Briketts in der Schüttung im Verkokungsschacht zerbrechen. In vielen Fällen sollte daher als eine Untergrenze für den Druckfestigkeitswert der Briketts der Betrag von >30MPa eingehalten werden, insbesondere bei großen/hohen Ofenkammern. Eine ausreichende Druckfestigkeit kann daher als eines der wichtigsten Kriterien bei der Einschätzung der Machbarkeit der Verkokung von Einsatzstoffen gelten. Da die Druckfestigkeit durch das Kompaktieren bzw. Verpressen beeinflusst werden kann, kommt diesem Verfahren hohe Bedeutung zu.
Weitere Schwierigkeiten treten insbesondere dann auf, wenn ein bestimmter Wassergehalt des Rohstoffs bzw. der Briketts nicht ausreichend exakt eingehalten werden kann, mit der Folge, dass die Briketts während der Wärmezufuhr hohem Stress unterliegen, insbesondere aufplatzen oder anderweitig zerfallen. Die obigen Ausführungen zeigen, dass der effiziente Betrieb eines Ofens die Bereitstellung von Rohstoff bzw. Briketts möglichst in einem engen Toleranzbereich erfordert, insbesondere bezüglich Druckfestigkeit und Wassergehalt.
Aus diesen Erwägungen geht hervor, dass bei der Suche nach neuen Verfahren und Vorrichtungen insbesondere folgende Punkte von Belang sind: Definition einsatzstoffspezifischer Aufheizkurven in der Ofenkammer; Definition einsatzstoffspezifischer Verfahrensparameter, insbesondere Temperatur, Dauer, Druck, sei es beim Verkoken, sei es beim Konfektionieren des Einsatzstoffes zu Briketts; Bilanzierung von Art und Volumen von Stoffströmen, insbesondere bezüglich während der Verkokung emittierter Gase; Verwertungs- und Entsorgungsoptionen.
Bisher erfolgte die Koksherstellung entweder in Gasöfen mit Vertikalkammern, oder in Koksöfen mit Horizontalkammern. Letztere lassen sich in zwei Typen klassifizieren: Horizontalkammer-(Verbund-)Ofen mit schmalen Ofenkammern und hochkant darin stehender, indirekt beheizter Charge, und so genannte Heat-(Non-)Recovery-Ofen mit gewölbeartigen Ofenkammern und flach darin liegender Charge, die zumindest von oben auch direkt beheizt werden kann. Aktuell wird davon ausgegangen, dass diese beiden Arten von Koksöfen für zukünftige Aufgaben der Rohstoff-Verwertung wohl nicht mehr ausreichend effektiv optimierbar sind. Es scheint, dass ein neues Konzept für eine neue Generation von Koksöfen entwickelt werden sollte, insbesondere vor dem Wunsch, eine breite Palette unterschiedlicher Einsatzstoffe damit zu verwerten. Daher wird im Folgenden ein neues Konzept zum Bereitstellen des Einsatzstoffes für den Verkokungsprozess vorgestellt, welches insbesondere auch für die Verwendung bisher üblicherweise verwendeter (Kohlen-)Einsatzstoffe anpassbar ist.
Die Veröffentlichung US 2012/0317878 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von Briketts, bei welchem sowohl eine Vorrichtung zum Pelletieren als auch eine Vorrichtung zum Brikettieren verwendet werden. Dazwischen ist bevorzugt eine Trocknungseinheit vorgesehen.
Die Veröffentlichung Fehse Franz et al., "A new approach for processing and agglomeration of low-rank coals for material usage", "XVIII International Coal Preparation Congress", 1. Januar 2016 (2016-01-01), Springer International Publishing, Cham, ISBN: 978-3-319-40943-6, Seiten 941-946, DOI: 10.1007/978-3-319-40943-6_14 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von druckfesten Briketts zur Verkokung aus Braunkohle enthaltend Pelletierung in einer modifizierten Lochscheibenwalzenmühle, gefolgt von Brikettierung in einer hydraulischen Stempelpresse.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im Zusammenhang mit der weiter unten definierten Aufgabe der Erfindung ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit eine Verkokung auch von nicht-klassischen Einsatzstoffen ermöglicht wird, insbesondere von Braunkohlen und/oder schwachbackenden Steinkohlen und/oder Biomasse und/oder Petrolkohle, insbesondere in Vertikalkammeröfen. Dabei kann es vorteilhaft sein, nicht-klassische Einsatzstoffe derart aufzubereiten, bereitzustellen und/oder zu handhaben, dass mit dem nach Verkokung erhaltenen Produkt möglichst auf ähnliche oder gleiche Weise verfahren werden kann wie bisher mit klassischen Einsatzstoffen, z.B. klassischen Steinkohlebriketts.
Bereitgestellt wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ofenvorrichtung mit wenigstens einer vertikalen Ofenkammer, insbesondere ein Koksofen, zur Herstellung von Koks aus wenigstens einem festen Einsatzstoff insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; umfassend wenigstens einen zum Temperieren von aus dem Einsatzstoff erstellten Briketts eingerichteten Brikett-Trockner sowie wenigstens eine insbesondere unterhalb des Brikett-Trockners an den Brikett-Trockner gekoppelte Ofenkammer mit Heizwänden; wobei der Brikett-Trockner eine Heizeinrichtung und ein damit beheizbares Brikett-Reservoir aufweist, und wobei der Brikett-Trockner eingerichtet ist zum Einstellen einer in Förderrichtung der Briketts kontinuierlich oder stufenweise ansteigenden Temperatur im Brikett-Reservoir, insbesondere wenigstens zwei oder drei Temperaturniveaus im Bereich von 60 bis 200°C. Es hat sich gezeigt dass die hier beschriebenen Briketts auf vorteilhafte Weise in einer solchen Ofenvorrichtung verwendbar sind.

Als Einsatzstoffe können insbesondere das gesamte Spektrum der Weich-, Matt- und Glanzbraunkohlen sowie der Flammkohlen genannt werden. Insbesondere wurden bereits gute Ergebnisse mit rheinischen, lausitzener und indonesischen Braunkohlen erzielt. Auch hat sich bereits gezeigt, dass die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren auch geeignet sind zur Verwertung von russischen Braun- und Flammkohlen sowie von Petrolkohlen. Als Einsatzstoffe können insbesondere auch folgende Kohlearten und Torf genannt werden, basierend auf einer Klassifizierung nach DIN, ASTM und UN-ECE, die hier schematisch wiedergegeben wird. Dabei haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, unter Bezugnahme auf die deutsche DIN, insbesondere auch die darin klassifizierten Weichbraunkohlen, Mattbraunkohlen, Glanzbraunkohlen und Flammkohlen als besonders gut verwertbar herausgestellt.

Kohlearten und Torf			flüchtige Bestandteile in Ma%
UN-ECE	USA (ASTM)	Deutschland (DIN)	flüchtige Bestandteile in Ma%
Torf	Torf	Torf	>45
Ortho-Braunkohle	Braunkohle	Weichbraunkohle
Meta-Braunkohle	Braunkohle	Mattbraunkohle
Meta-Braunkohle	sub-bituminöse Kohle	Mattbraunkohle
sub-bituminöse Kohle		Glanzbraunkohle
bituminöse Kohle		Glanzbraunkohle	45
		Flammkohle	45
	hoch-volatile bituminöse Kohle	Flammkohle	40
		Gasflammkohle	40
		Gasflammkohle	35
		Gaskohle	35
	medium-volatile bituminöse Kohle	Gaskohle	28
		Fettkohle	28
		Fettkohle	19
	niedrig-volatile bituminöse Kohle	Esskohle	19
	niedrig-volatile bituminöse Kohle		14
Anthrazit	Semi-Anthrazit	Magerkohle	14
	Semi-Anthrazit	Magerkohle	10
	Anthrazit	Anthrazit	10

Bei den obigen Angaben in der Tabelle handelt es sich um Massenprozent, wobei bezüglich der Angabe der flüchtigen Bestandteile die Messung unter "waf"-Bedingungen erfolgte, also bei wasser- und gleichzeitig aschefreiem Zustand.
Der Einsatzstoff oder die dem Brikett-Trockner zuführbaren Briketts weisen insbesondere Braunkohle mit flüchtigen Kohlebestandteilen >=45Ma% und Wassergehalten >40Ma% oder >45Ma% auf oder besteht daraus, und/oder schwachbackende Steinkohlen mit flüchtigen Bestandteilen im Bereich von 28 bis 45Ma% oder 12 bis 22Ma%. Mittels derartiger Einsatzstoffe lassen sich qualitativ besonders hochwertige veredelte Briketts erzielen.
Die Schüttdichte der Briketts in der Ofenkammer kann im Bereich von 650 bis 850 kg/m³ liegen, bezogen auf eine Dichte von 1.350kg/m³ des jeweiligen Briketts.
Bereitgestellt wird in diesem Zusammenhang insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung von Koks aus wenigstens einem festen Einsatzstoff insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; welcher Einsatzstoff in Form von Briketts bereitgestellt wird und einer vertikalen Ofenkammer insbesondere eines Koksofens zugeführt wird, insbesondere einer zuvor beschriebenen Ofenvorrichtung zugeführt wird; wobei die Briketts zunächst einem Brikett-Trockner zugeführt werden, darin gemäß einer vordefinierten Temperaturkurve kontinuierlich gemäß dem Vorschub der Briketts getrocknet werden, insbesondere auf wenigstens zwei oder drei Temperaturniveaus im Bereich von 60 bis 200°C, und daraufhin der Ofenkammer zugeführt werden. Hierdurch lassen sich die Briketts auf sehr exakt vorgebare Weise vortrocknen, vorkonfektionieren, und dabei schonend behandeln. Es hat sich gezeigt dass die hier beschriebenen Briketts auf vorteilhafte Weise bei einem solchen Verfahren verwendbar sind.
Die Rohstoffbriketts werden beispielsweise in einer Zeitspanne von 4 bis 15 h, insbesondere von 6 bis 9 h durch die jeweilige Ofenkammer geführt. Die Rohstoffbriketts werden dabei von Anfangstemperaturen zwischen 100 bis 200°C, insbesondere 150°C auf Endtemperaturen zwischen 900 und 1100°C erwärmt, insbesondere mehrstufig. Die erforderliche Wärme kann dabei in zwei seitlich zur jeweiligen Kammer angeordneten Kanälen, die durch mehrere externe Brenner beheizt werden können, erzeugt und indirekt durch eine Steintrennwand in die jeweilige Ofenkammer übertragen werden.
Insbesondere bestehen die Briketts aus der Kohlesorte (Hart- und Weich-)Braunkohle mit flüchtigen Kohlebestandteilen (fB) >=45Ma% und Wassergehalten > Ma45%. Wahlweise beinhaltet der zu Briketts verarbeitete Rohstoff schwachbackende Steinkohlen mit flüchtigen Bestandteilen >= 28Ma% bis 45Ma% (insbesondere Gas-, Gasflamm- und Flammkohlen), oder aber mit flüchtigen Bestandteilen <= 22Ma% (insbesondere Ess- und Magerkohlen). Die schwachbackenden Steinkohlen weisen selbst nur geringe Backeigenschaften auf. Den schwachbackenden Steinkohlen können in einem vorangeschalteten Mischprozess Bindemittel hinzugefügt werden, wodurch die Klebwirkung bzw. Backeigenschaft der Kohlepartikel während des Brikettiervorganges erhöht wird.
Aufgrund ihrer Tiegelkoksbeschaffenheit stellt vor allem die Fettkohle eine gut backende Kohle dar (klassische "Kokskohle"). Daneben zählen auch die so genannte Ess- und die Gaskohle zu den gut backenden Kohlen. Alle anderen Kohlearten werden in der vorliegenden Beschreibung als schwach backende Kohlen bezeichnet
Es hat sich gezeigt, dass die Briketts auch aus Steinkohlesorten wie Anthraziten (fB < 12%), Magerkohlen (12% < fB < 19%), Gaskohlen (28% < fB < 35%), Gasflammkohlen (35% < fB < 45%) oder alternativ aus einer Mischung dieser Kohlesorten bestehen können, wahlweise auch unter Verwendung von hochwertigen Fett(Koks)-kohlen (19% < fB < 28%). Über diese Prozentangaben und basierend auf den Normen für Kohlearten ist eine noch spezifischere Zuordnung möglich.
Der Rohstoff wird in einer Lochscheibenwalzenmühle zu Pellets zerkleinert, insbesondere mit einer Korngröße von 0 bis 2mm. Es hat sich gezeigt, dass mittels einer Lochscheibenwalzenmühle erzeugte Pellets/Körner besonders bindungsfreundlich sind (sie verbacken leicht) und daher den nachgeschalteten Brikettiervorgang (das Verpressen) vereinfachen. Die erfindungsgemäße Verwendung bzw. Ausgestaltung einer Lochscheibenwalzenmühle wird weiter unten im Detail beschrieben.
Nach dem Zerkleinern wird der Rohstoff verpresst. Dieser Verdichtungsprozess (Agglomeration) erfolgt in einer Formkanalstempelpresse. Es hat sich gezeigt, dass sich mittels einer Kanalmatrizengeometrie in der Art eines Venturi-Rohrs mit Querschnittsverengung und auslaufender Querschnittserweiterung besonders druckbeständige Briketts realisieren lassen. Andere Pressenarten konnten keine vergleichbar guten Ergebnisse liefern.
Ferner hat sich gezeigt, dass sich eine besonders hohe Brikettfestigkeit erzielen lässt, wenn der Einsatzstoff nach der Formgebung im Werkzeug durch einen sich verengenden Querschnitt hindurchgedrückt wird. Eine noch höhere Brikettfestigkeit lässt sich dann erzielen, wenn der Einsatzstoff danach entlang einer sich erweiternden Auslaufstrecke geführt wird. Vorteilhafter Weise ist die Wegstrecke für die Verengung kürzer als die Auslaufstrecke bzw. kürzer als der Abschnitt mit Querschnitterweiterung.
Es hat sich gezeigt, dass Briketts in flacher zylindrischer Form (scheibenartig, puckartig) besonders gute Festigkeitswerte liefern, sei es vor oder nach Verkokung. Insbesondere ein Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe von 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3 liefert gute Ergebnisse auch hinsichtlich des Erwärmungs- und Verkokungsprozesses. Das Brikett weist bevorzugt einen Durchmesser von 20 bis 100mm auf. Das Brikett wird insbesondere aus Kohlekorngrößen (Pellets) zwischen 0 und 2mm erzeugt.
Sollte sich zeigen, dass die erforderliche Festigkeit auch durch eine andere Matrize oder eine andere Art von Presse erzielt werden kann, so können die Briketts wahlweise auch eine andere Geometrie aufweisen, wie z.B. würfel-, quader-, plättchen-, muschel-, kissen-, kugel- oder eierförmige Geometrien. Bei bisherigen Experimenten wurden die besten Erfahrungen jedoch mit der Puck-Form gemacht.
Als Verfahrensparameter lassen sich nennen: Pressdruck, -dauer und -temperatur. Das Verpressen erfolgt insbesondere bei Drücken von 120 bis 150MPa, insbesondere bei 140MPa. Das Verpressen erfolgt insbesondere bei Temperaturen zwischen 60 und 100°C. Das Verpressen erfolgt insbesondere während einer Dauer von bis zu 15sek.
Es hat sich gezeigt, dass die hier beschriebenen Kohlesorten mit Verkokungshilfsmitteln vermischt werden können, wodurch die Verkokung effizienter wird und das Koksprodukt höhere Qualität verliehen wird, z.B. eine höhere Festigkeit oder höhere Reaktivität.
Gemäß einer Ausführungsform wird dem Brikettiervorgang (beim Verpressen) mindestens ein Verkokungshilfsmittel hinzugeführt, insbesondere zur Verbesserung der Effizienz des nachgeschalteten Verkokungsvorganges. Verkokungshilfsmittel können einzeln oder in Kombination gewählt werden, insbesondere aus einer Gruppe von bisher im Zusammenhang mit klassischen Einsatzstoffen bereits als zweckdienlich erachteten Verkokungshilfsmitteln.
Es hat sich gezeigt, dass durch das hier beschriebene Verfahren bei Verwendung von Braunkohlen als Einsatzstoff der Kohlenstoffgehalt C(fix) des erzeugten Kokses auf Werte oberhalb von 55% angehoben werden kann, so dass der spätere Einsatz dieses Kokses sogar in Direktschmelzreduktionsprozessen zur Stahlerzeugung (COREX/FINEX-Verfahren bei PRIMETALS) ermöglicht werden kann.
Bevorzugt werden dem Rohstoff vor dem Press- und Verkokungsvorgang in ein- oder mehrstufigen Mischungsprozessen Back(Kleb)- und Verkokungs-Hilfsstoffe hinzugefügt, insbesondere um die Qualität des erzeugten Kokses zu verbessern oder den Brikettpressvorgang aus schwachbackenden Kohlesorten zu erleichtern. Bevorzugt werden derartige Hilfsstoffe vor dem Brikettieren bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C hinzugemischt.
Die Hilfsstoffe können insbesondere aus folgender Gruppe gewählt werden, wahlweise in Kombination: Melasse, Sulfitablauge, Sulfatablauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, Malzrückstände (Biertreber), HSC (High-Conversion Soaker Cracking)-Rückstand, HSC/ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction)-Mischrückstände aus der Erdölindustrie.
Generell ist zwischen Verkokungs-Hilfsmitteln und Back(Kleb)-Hilfsmitteln zu unterscheiden, jedoch kann es auch Hilfsmittel geben, welche bei bestimmten Einsatzstoffen beide Funktionen erfüllen können.
Es hat sich gezeigt, dass eine Zugabe von Wasser bei den hier beschriebenen Kohlesorten eher ungünstig ist. Beispielsweise Braunkohlen weisen üblicherweise Wassergehalte von >45% auf. Um eine hohe Effizienz des Brikettiervorganges sicherstellen zu können, hat sich gezeigt, dass es sinnvoll ist, einen bestimmten (nicht zu hohen) Wassergehalt einzuhalten. Insbesondere hat sich gezeigt, dass Wassergehalte um 20% vorteilhaft sind. Daher kann auch eine Vortrocknung erfolgen.
Der anschließende Brikettiervorgang erfolgt insbesondere im Temperaturbereich zwischen 40 bis 90°C, insbesondere zwischen 55 bis 65°C. Diese Art und Weise der Agglomeration führt zu hohen Druck- und Abrasionsfestigkeiten des erzeugten Kohlebriketts, insbesondere Festigkeiten >= 30MPa.
Dank des/der hier beschriebenen Verfahren (spezifische Agglomerationstechnik, insbesondere in Kombination mit einem schonenden Trocknungs- und Verkokungsverfahren) lässt sich eine in Bezug auf die Einsatzstoffe vergleichsweise hochqualitative Kohle bzw. Koks bereitstellen. Die Aufrechterhaltung der gewünschten Brikettform, insbesondere einer zylindrischen Puck-Form auch während der Verkokung kann sichergestellt werden. Im Laufe des Verkokungsvorganges schrumpft die Kohle sowohl masse- als auch volumenbezogen um 40 bis 60%, insbesondere 50%, und erlangt auch dadurch die erwünschten hohen Druck- und Abrasionsfestigkeiten von >30MPa (insbesondere Koksfestigkeit nach Reaktion (CSR)) sowie geringe Reaktivitäten mit CRI-(Coke Reactivity Index; Koksreaktivitätsindex) Werten <55%. Diese Obergrenze für die Reaktivität ist erforderlich, da sich ansonsten das Kohlebrikett von allein bei Luftanwesenheit entzünden könnte. Das durch diese Grenzwerte definierte Qualitätsniveau konnte bisher mit den beschriebenen minderwertigen Kohlequalitäten bisher nicht erreicht werden. Insbesondere führten bisherige Verfahren und Vorrichtungen zu einer Rissbildung im Brikett oder gar zur vollständigen Zerstörung der Brikettform. Masse- und Volumenänderungen können sich dabei insbesondere in demselben Verhältnis vollziehen.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Brikettform (Puck-Form) aufrechterhalten werden, mit der Folge, dass Druckverlust, Wärmetransport, Strömungsprofil und andere Verfahrensparameter vordefinierbar bleiben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit auch eine Verkokung von nicht-klassischen Einsatzstoffen ermöglicht wird, insbesondere von Braunkohlen und/oder schwachbackenden Steinkohlen oder Biomasse, und womit der Einsatzstoff derart konfektioniert werden kann, dass sich eine hohe Festigkeit erzielen und auch aufrechterhalten lässt, insbesondere für ein bzw. nach einem Verkoken von Briketts in Vertikalkammeröfen. Die Aufgabe kann auch darin gesehen werden, nicht-klassische Einsatzstoffe derart aufzubereiten, bereitzustellen und/oder zu handhaben, dass mit dem erhaltenen Produkt möglichst auf ähnliche oder gleiche Weise verfahren werden kann wie bisher mit klassischen Einsatzstoffen, z.B. klassischen Steinkohlebriketts.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Werkzeugvorrichtung zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, mit einer Einrichtung zum Verpressen des Einsatzstoffes; wobei die Werkzeugvorrichtung eine erste Agglomerationsstufe mit einer Lochscheibenwalzenmühle umfasst, wobei die Einrichtung zum Verpressen eine Formkanalstempelpresse mit wenigstens einem Preßstempel und dazu korrespondierend ausgebildetem Presskanal aufweist und der Lochscheibenwalzenmühle als zweite Agglomerationsstufe nachgeschaltet ist. Die zweistufige Agglomeration speziell basierend auf Lochscheibenwalzenmühle und nachgeschalteter Formkanalstempelpresse liefert in Kombination besonders gute Eigenschaften des verpressten Einsatzstoffes. Dabei lassen sich an vielen Stellen der Konfektionierung/Kompaktierung Verfahrensparameter oder Eigenschaften des Einsatzstoffes wie z.B. Temperatur und Feuchte auf vergleichsweise einfache und exakte Weise einstellen, mit dem Effekt, dass die finalen Eigenschaften des verpressten Einsatzstoffes in einem engen Toleranzbereich vordefiniert werden können.
Dank der Formgebung durch die Lochscheibe (Matrize, Pressdurchlässe) können die Förderbarkeit des Einsatzstoffes und eine hohe geometrische Homogenität und Festigkeit des Einsatzstoffes sichergestellt werden. Beide Effekte können die gewünschte Konfektionierung in der zweiten Agglomerationsstufe begünstigen.
Die Werkzeugvorrichtung ist für eine zweistufige Agglomeration des Einsatzstoffes eingerichtet, nämlich für ein Kompaktieren des Einsatzstoffes in einem ersten Schritt, insbesondere zu zylindrischen Pellets, und für das Verpressen in der Einrichtung zum Verpressen in einem zweiten Schritt. Die Werkzeugvorrichtung kann dabei eine Einrichtung zum Zuführen des Einsatzstoffes von der Lochscheibenwalzenmühle zum Preßstempel aufweisen, wobei die Lochscheibenwalzenmühle stromauf von der Einrichtung zum Zuführen angeordnet ist, wahlweise auch oberhalb davon, so dass eine Zuführung wahlweise auch schwerkraftgetrieben erfolgen kann.
Die Agglomeration kann eine Zerkleinerung der Rohkohle in einem Brecher umfassen, dann eine Zerkleinerung und Herstellung von Grünagglomeraten (Pellets) eingeschränkter Festigkeit in einer Lochscheibenwalzenmühle, was insbesondere bei vergleichsweise hoher Ausgangfeuchte des Einsatzstoffes möglich ist, und daraufhin eine Trocknung der Pellets auf den gewünschten Zielwassergehalt , z.B. im Röhrentrockner.
Die erfindungsgemäße Agglomeration ermöglicht insbesondere die folgenden Vorteile und die Überwindung folgender Schwierigkeiten:

Bereitstellung hochfester Kokse zum Einsatz im Hochofen;
Verbesserung der Koksqualität unabhängig von den bisherigen Verfahren, insbesondere unabhängig von der Herstellung von Koksen aus heißbrikettierter Braunkohle, unabhängig von der Herstellung von Koksen aus brikettierter Braunkohle der Nassaufschlussmahlung, und unabhängig von der Herstellung von Koksen aus Briketts aus vorgranuliertem Trockenbraunkohlenstaub;
Der apparative Aufwand kann im Vergleich zu bisherigen Verfahren gesenkt werden (z.B. im Vergleich zu Nassaufschlussmahlung durch Feinstzerkleinerung, Flüssigkeitsabtrennung, Trocknung und Nachzerkleinerung); Die bisher eingeschränkte Festigkeit der Kokse (insbesondere bei Koksen aus den Briketts aus vorgranuliertem Trockenbraunkohlenstaub) kann gesteigert werden.

Es ist zu erwarten, dass für diverse Einsatzstoffe zwischen der ersten Agglomerationsstufe (Lochscheibenwalzenmühle) und der zweiten Agglomerationsstufe (Verpressen) eine Trocknung vorteilhafte Effekte liefert, so dass eine Anordnung nebeneinander in derselben Ebene vorteilhafter sein könnte als eine Anordnung übereinander. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass die bevorzugte Art und Weise einer Trocknung und Überführung bevorzugt in Abhängigkeit des Typs des Einsatzstoffes definierbar ist.
Die Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren von Einsatzstoff vor dem Verpressen kann als modifizierte Flachmatrizenpresse beschrieben werden. Die Lochscheibenwalzenmühle liefert den Einsatzstoff in einer für das Verpressen und die gewünschte Festigkeit vorteilhaften Konfektion. Die Lochscheibenwalzenmühle kann eine Alternative zur klassischen Zerkleinerung bieten, mit dem Vorteil, dass die erhaltenen Pellets das Verpressen vereinfachen und förderlich sind vor dem Ziel, größte Festigkeit der Briketts sicherzustellen. Es hat sich gezeigt, dass eine Lochscheibenwalzenmühle insbesondere auch vergleichsweise poröse Pellets mit geringer Dichte liefern kann. Als weiterer Vorteil kann insbesondere auch eine hohe Feinheit von vergleichsweise feuchtem Einsatzstoff genannt werden. Dabei kann dank Formgebung durch die Lochscheibe auch eine gute Förderbarkeit und eine hohe Homogenität der Geometrie des Einsatzstoffes bzw. der Pellets sichergestellt werden. Beide Aspekte wirken sich wiederum insbesondere für die Handhabung in einer Formkanalstempelpresse vorteilhaft aus.
Im Gegensatz zur klassischen Braunkohlezerkleinerung im getrockneten Zustand (1/0mm) kann mittels der Lochscheibenwalzenmühle eine Zerkleinerung im grubenfeuchten Zustand erfolgen. Dies hat nicht zuletzt hinsichtlich Staubbildung oder dergleichen negativer Effekte Vorteile. Auch kann das nachträgliche Zugeben von Wasser entbehrlich werden. Der erste Schritt der Agglomeration kann also in einem "natürlichen" Zustand des Einsatzstoffes erfolgen, mit guter Festigkeit bzw. gutem Verbacken. Erst daraufhin kann/soll ein Vortrocknen erfolgen. Insgesamt kann bei dieser Verfahrensreihenfolge vermieden werden, dass der Einsatzstoff wechselnde Feuchteanteile aufweist. Vielmehr kann der Einsatzstoff kontinuierlich auf schonende Weise trockener gemacht werden, was den Materialstress minimieren kann.
Es hat sich gezeigt, dass die Nutzung der Lochscheibenwalzenmühle eine intensive Zerkleinerung der Braunkohle ermöglicht (insbesondere Aufbrechen der Kohlestruktur/Destruktion der Kohle), bei Konservierung von Bindekräften und einer schwachen Vorkompaktierung als vorbereitender Schritt für das nachfolgende Verpressen.
Mittels der Lochscheibenwalzenmühle lassen sich Pellets bzw. so genannte Sekundärkörner (Vorkompaktate) mit hoher innerer Feinheit und beispielsweise auch vorteilhaften Transporteigenschaften erzielen (geringe Staubfracht; Größenspektrum der Pellets z.B. 2/0.1mm, also größer als 0.1mm und kleiner als 2mm).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Lochscheibenwalzenmühle an die Formkanalstempelpresse koppelbar/gekoppelt. Dies kann die Handhabung der Briketts auf dem Prozessweg vom Einsatzstoff über die Zerkleinerung/Pelletierung in der Lochscheibenwalzenmühle, weiter über die Trocknung der Pellets, die Verpressung/Brikettierung, und weiter über die Briketttrocknung bis zur Verkokung/Ofenkammer erleichtern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe als zylindrische Pressdurchlässe ausgebildet, zumindest abschnittsweise, zumindest in einem ersten Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses. Dies ermöglicht ein geregeltes Aufbringen von Druck zum Kompaktieren. Dies ermöglicht auch eine vorteilhafte Formgebung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, und ferner umfassend einen zweiten Abschnitt mit einer Konizität, insbesondere einer sich aufweitenden Konizität, insbesondere einer sich auf den 1.5 bis 2fachen Durchmesser aufweitenden Konizität. Dies liefert eine vorteilhafte Konfektionierung, insbesondere ein schonendes Behandeln des Einsatzstoffes derart, dass der Einsatzstoff bei moderater Verdichtung formstabil bleibt, ohne zu stark zusammengepresst zu werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, welcher erste Abschnitt sich über maximal 20% der absoluten Länge des jeweiligen Pressdurchlasses erstreckt. Dies ermöglicht eine moderate, vergleichsweise langsame und schonende Aufweitung der Pellets nach erfolgter Verdichtung, was sich vorteilhaft auswirkt auf eine für die zweite Agglomerationsstufe angepasste Konfektionierung.
Der Durchmesser des jeweiligen Pressdurchlasses kann zumindest abschnittsweise größer sein als die Zielgröße des Pellets, insbesondere in Abhängigkeit des Aufweitverhaltens des Einsatzstoffes. Beträgt eine Aufweitung des Pressdurchlasses beispielsweise den 2fachen Durchmesser eines ersten Abschnitts des Pressdurchlasses, muss sich der Einsatzstoff bzw. das Pellet nicht notwendiger Weise 2fach aufweiten. Letztlich hängt es vom Einsatzstoff ab, ob sich das Pellet vollständig gemäß der Aufweitung des Pressdruchlasses wieder aufweitet, oder ob das Pellet weniger stark expandiert.
Die zuvor jeweils beschriebene Ausgestaltung der Pressdurchlässe begünstigt eine erfolgreiche Verpressung des Einsatzstoffes in der zweiten Agglomerationsstufe (Formkanalstempelpresse). Insbesondere kann vermieden werden, dass zu feste Pellets (zu stark verdichtete Pellets) entstehen, welcher keinerlei Brikettiervermögen aufweisen, insbesondere da die Pellets bei zu starker Verdichtung in der ersten Agglomerationsstufe bereits eine zu hohe Dichte hätten, und bereits fest ausgebildete Bindungen zwischen den Kohlepartikeln hätten. Es hat sich nun gezeigt, dass durch die in Abhängigkeit der gewünschten Verdichtung variabel einstellbare Ausgestaltung der Pressdurchlässe beispielsweise auch Rohstoffeinflüsse minimiert werden können, die sich ungünstig auf die zweite Agglomerationsstufe auswirken könnten. Dank der erfindungsgemäßen zweistufigen Agglomeration kann das Anwendungsspektrum daher auch auf eine breite Palette von Einsatzstoffen verbreitert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse einen Presskanal mit einem konischen Einlaufabschnitt und einem konischen Auslaufabschnitt auf, wobei der Presskanal eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweist, insbesondere in der Art einer Venturi-Düse. Die Einrichtung zum Verpressen kann einen Presskanal mit Venturi-Querschnittsgeometrie aufweisen, welcher Presskanal hier aufgrund der doppelten entgegengesetzten Konizität als Venturi-Presskanal definiert/bezeichnet wird. Dies liefert hohe Festigkeit und hat auch verfahrenstechnische Vorteile. Der sich entgegengesetzt verjüngende Verlauf ermöglicht dabei insbesondere eine vollumfängliche Krafteinwirkung bzw. Entspannung insbesondere bei zylindrischen Briketts. Es kann ein insbesondere hinsichtlich Festigkeit optimaler Kompromiss erzielt werden.
Der Stempel weist insbesondere eine zylindrische Geometrie auf. Beim Stempel ist dabei nicht notwendigerweise eine variable, an eine Querschnittsverjüngung anpassende Geometrie erforderlich, denn der Stempel muss nicht vollständig in die Form bzw. in den konischen Presskanal eintauchen.
Im Presskanal können zwei Verschleißhülsen angeordnet sein, die nacheinander in den Presskanal eingebracht werden können.
Mit anderen Worten: Der Presskanal kann eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweisen. Die entgegengesetzte Konizität kann als in Vorschubrichtung Venturi-artiger, sich zweifach entgegengesetzt verjüngender Verlauf beschrieben werden. Der Einlaufabschnitt kann eine sich in Vorschubrichtung konisch verengende Querschnittsgeometrie aufweisen, und der Auslaufabschnitt kann eine sich in Vorschubrichtung konisch aufweitende Querschnittsgeometrie aufweisen, so dass der Presskanal eine zweifach konische Kontur mit entgegengesetzter Konizität bildet, zunächst verengend und dann aufweitend, insbesondere in der Art einer Venturi-Düse. Die Steigung/Konizität kann jeweils individuell gewählt und durch ein oder mehrere (austauschbare) Formteile vorgegeben werden. So kann für jeden Einsatzstoff die Konfektionierung bzw. das Kompaktieren auf einfache Weise optimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Einlaufabschnitt in Vorschubrichtung kürzer als der Auslaufabschnitt. Hierdurch kann eine hohe Brikettfestigkeit erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, den Einlaufabschnitt jedenfalls kürzer als den Auslaufabschnitt zu dimensionieren. Beide Abschnitte haben eine andere Funktion: Der Auslaufabschnitt soll insbesondere auch die Funktion einer schonenden Rückexpansion erfüllen.
Eine möglichst schonende Rückexpansion liefert insbesondere bei druckplastischen Gütern qualitätsfördernde Effekte beim Agglomerationsprozess. Das Aufweiten der Briketts kann auf kontrollierte Weise erfolgen.
Dabei kann die Intensität der Verdichtung (beim Verpressen) unabhängig von Verfahrensparametern bei der Entlastung (Expansion nach Verpressung) eingestellt werden. Insbesondere über die Länge und Steigung des Einlauf- und Auslaufabschnittes kann hier Einfluss auf die Verfahrensparameter genommen werden, auch wenn der Vorschub durch den gesamten Presskanal derselbe ist (Länge und Steigung von Hülsen bzw. Formteilen; Durchmesser und Länge einer Hauptverengung zwischen konischen Abschnitten, insbesondere mit konstantem Querschnitt).
Es hat sich gezeigt, dass eine möglichst geringe Porosität Vorteile liefert, insbesondere um eine hohe Verdichtung und damit hohe Rohdichte und Festigkeit durch das Verpressen sicherstellen zu können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Auslaufabschnittes mindestens 15cm. Hierdurch kann eine kontinuierliche Entspannung des Presslings sichergestellt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Festigkeit des Presslings aus.
Bevorzugt beträgt die Länge des Auslaufabschnittes maximal 2/3 der absoluten Länge des Formkanals. Insbesondere beträgt bei einer Formkanallänge von 400mm die Länge des Auslaufabschnittes exakt oder ca. 200mm. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn sich dabei der Durchmesser von der Hauptverengung von 49.1mm auf 50mm aufweitet.
Bevorzugt ist die Länge des Auslaufabschnittes variabel einstellbar, insbesondere um auf rohstoffliche Eigenschaften reagieren zu können.
Beispielsweise ist der Vorschub oder ein Hub des Stempels so eingestellt, dass bei einem Hub jeweils ein einzelnes Brikett erzeugt wird.
Über eine Pressendrehzahl kann die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt werden, insbesondere in Abhängigkeit von der Feuchte, der Feinheit oder sonstiger Parameter der rohstofflichen Beschaffenheit des Einsatzstoffes. Hiervon abhängig kann eine Wanderungsgeschwindigkeit des Briketts durch den Presskanal vorgegeben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Presskanal zumindest abschnittsweise eine zylindrische Querschnittsgeometrie auf, insbesondere in Vorschubrichtung vor dem konischen Einlaufabschnitt und/oder hinter dem konischen Auslaufabschnitt und/oder zwischen dem Einlaufabschnitt und dem Auslaufabschnitt. Hierdurch kann der Einsatzstoff noch schonender behandelt und spannungsarm in die gewünschte Form gebracht werden, insbesondere für maximale Festigkeitswerte.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Presskanal einen mittigen Abschnitt zwischen einem/dem Einlauf- und Auslaufabschnitt mit davon abweichender Querschnittsgeometrie, insbesondere einen Abschnitt mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie. Hierdurch kann eine Phase mit Druckverhältnissen mit einer gewissen Konstanz realisiert werden, was sich positiv auf die Festigkeit auswirkt. Es hat sich gezeigt, dass dabei insbesondere bei einem rotationssymmetrischen Rundformat eine vorteilhafte Druckverteilung im Agglomerat ermöglicht wird, und dass sich eine hohe Rohdichte und eine homogene Rohdichteverteilung erzielen lässt, und damit günstige Bedingungen zur Herstellung von hochfestem Stückkoks. Insbesondere bei der Zylindergeometrie lässt sich in axialer Richtung eine homogene Flächenpressung realisieren, und in Verbindung mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit und einer bestimmten Konizität auch eine recht exakt vordefinierbare radiale Flächenpressung, sehr homogen über das gesamte Brikett verteilt, insbesondere mittels eines Zwischenabschnittes mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie. Dies liefert Briketts mit hoher (Druck- oder Abrasions-)Festigkeit.
Der Einlaufabschnitt und der Auslaufabschnitt ist jeweils aus einem einzigen Formteil gebildet. Hierdurch lassen sich auch vergleichsweise harte Kohlen/Einsatzstoffe mit hoher Qualität verpressen. Das Formteil kann mit hoher Festigkeit und Druckbeständigkeit ausgelegt werden. Es hat zwar sich gezeigt, dass insbesondere für bindemittelfreie Brikettierung deutscher Weichbraunkohle ein mehrteiliges Formwerkzeug ausreichen kann. Beispielsweise kann eine erste Hülse für den Einlaufabschnitt (insbesondere bis zu einer Hauptverengung) vorgesehen sein, und eine zweite Hülse für den Auslaufabschnitt (insbesondere ab der Hauptverengung). Mehrere einzelne Formteile liefern eine höhere Flexibilität, da eine Kombination verschiedener Hülsen für verschiedene Kohlen/Einsatzstoffe möglich wird. Nicht zuletzt können fertigungstechnische Vorteile realisiert werden. Die Verwendung eines einteiligen, insbesondere zylindrischen Kompaktformwerkzeugs (bzw. Presskanals) ermöglicht jedoch eine besonders hohe Verspannung bzw. Drucklast im Presskanal und ist daher besonders vorteilhaft für vergleichsweise harte Kohlen/Einsatzstoffe. Je nach Einsatzstoff kann hier also der optimale Kompromiss gewählt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse Kühlkanäle auf, die sich entlang des Presskanals erstrecken, insbesondere zumindest entlang eines/des Einlauf- und Auslaufabschnittes. Hierdurch kann das Verpressen auch in einem sehr eng vorgebbaren Temperaturbereich erfolgen, wodurch die Qualität der hergestellten Briketts nochmals verbessert werden kann.
Während des Verpressens stellt sich aufgrund von Haft- und Gleitreibung ein Temperaturgleichgewicht im Presskanal ein. Dieses kann mittels der Kühlkanäle zu niedrigeren Temperaturen verlagert werden, insbesondere auf eine Obergrenze im Bereich von maximal 65 bis 80°C. Es hat sich gezeigt, dass diese Obergrenze vorteilhaft ist hinsichtlich niedrigem Temperaturstress oder der Option auch vergleichsweise feuchten Einsatzstoff verpressen zu können. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass eine maximale Temperaturobergrenze von 80 bis 90°C nicht überschritten wird, was sich als vorteilhaft hinsichtlich der Ausbildung hoher Bindekräfte im Pressling/Brikett erwiesen hat. Dabei kann eine aktive Kühlregelung erfolgen, insbesondere basierend auf den Parametern Volumenstrom und Temperatur des Kühlmediums, insbesondere Kühlwassers. Insbesondere wird ein Temperaturbereich von 40 bis 90°C, insbesondere 55 bis 65°C eingehalten, wodurch einem Verspröden des Einsatzstoffes und damit verminderter Qualität vorgebeugt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse eine Messeinrichtung umfassend wenigstens einen Feuchtesensor und/oder wenigstens einen Drucksensor auf. Hierdurch lassen sich weitere Parameter beim Verpressen überwachen und einstellen, insbesondere um eine besonders hohe Qualität der Briketts zu erzielen. Die Feuchtemessung kann insbesondere mittels eines Sensors (z.B. berührungsloser Sensor, insbesondere basierend auf Mikrowellen) erfolgen, der unmittelbar vor dem Presskanal den H2O-Gehalt des der Werkzeugvorrichtung zugeführten Einsatzstoffes bestimmt. Optimaler Weise wird ein berührungsloses Messverfahren angewandt, insbesondere ein optisches Verfahren oder Ultraschall- Verfahren.
Die Druckmessung kann mittels eines Sensors (z.B. Druckmessdose) erfolgen, welcher den Druck (Kraft/Fläche) im Formkanal oder den Druck auf den Stempel misst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Werkzeugvorrichtung wenigstens eine der ersten Agglomerationsstufe vorgeschaltete Einrichtung zum Zerkleinern bzw. Mahlen des Einsatzstoffes und wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, insbesondere auf <=20Ma% Wasser bzw. H20. Hierdurch kann der Einsatzstoff noch besser für nachfolgende Verfahrensschritte vorbereitet werden.
Die Werkzeugvorrichtung kann also eine Mehrzahl von Agglomerationsstufen aufweisen, wenigstens umfassend die Formkanalstempelpresse, wenigstens eine Einrichtung zum Mahlen des Einsatzstoffes, wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, und wenigstens eine Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren des gemahlenen Einsatzstoffes. Als einzelne Agglomerationsstufe ist dabei die Gesamtheit der Verfahren oder Anlagen zu verstehen, welche zum Bereitstellen des Einsatzstoffes in einer bestimmten Konfektionierung dienen, also speziell hier als erste Agglomerationsstufe das Konfektionieren zu Pellets, und als zweite Agglomerationsstufe das Verpressen zu Briketts. Die Agglomeration betrifft also Verfahren oder Anlagen zum Bereitstellen der Briketts stromauf von der Ofenkammer, vor dem Verkoken.
Die Einrichtung zum Mahlen kann zur Zerkleinerung des Einsatzstoffes auf ca. ≤ 20mm eingerichtet sein. Die Einrichtung zum Mahlen kann insbesondere als Backenbrecher ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere dann vorteilhaft ist, ein Mahlen/Zerkleinern vorzusehen, wenn der Einsatzstoff Durchmessern d von mehr als 20mm vorliegt.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, umfassend ein Verpressen des Einsatzstoffes; wobei der Einsatzstoff zunächst in einer ersten Agglomerationsstufe mittels einer Lochscheibenwalzenmühle zu Pellets pelletiert wird, und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe mittels einer Formkanalstempelpresse mit wenigstens einem Preßstempel in einem Presskanal entlang eines sich konisch verengenden Einlaufabschnittes und eines sich konisch aufweitenden Auslaufabschnittes zu Briketts verpresst wird. Hierdurch lassen sich Briketts hoher Qualität, insbesondere hoher Festigkeit bereitstellen. Das Verfahren kann auf einfache Weise hinsichtlich bestimmter Einsatzstoffe optimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt vor dem Verpressen ein Pelletieren des Einsatzstoffes zu zylindrischen Pellets mittels einer Lochscheibenwalzenmühle. Hierdurch wird der Einsatzstoff in einer für das Verpressen vorteilhaften Konfektionierung stromauf von der Formkanalstempelpresse bereitgestellt.
Die Lochscheibenwalzenmühle weist eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen auf insbesondere zylindrische Durchlässe mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6mm, insbesondere von bis zu 6mm, vorzugsweise kleiner 3mm, weiter bevorzugt 0.1 bis 2mm. Dabei kann die Länge der Durchlässe variabel sein, bzw. individuell je Matrize vorgeben sein. Die jeweilige Matrize kann austauschbar sein und individuell je Einsatzstoff verwendet werden. Die Durchlässe können auf der Ausgangsseite eine sich aufweitende Querschnittsgeometrie bzw. Hinterbohrung aufweisen, für eine möglichst starke Rückexpansion. Dabei kann eine möglichst schwache Kompaktierung/Verdichtung erzielt werden. Die so erhaltenen Pellets weisen eine möglichst geringe Rohdichte und damit eine hohe Porosität auf, insbesondere eine Rohdichte im Bereich von 0.65 bis 0.75g/cm³, und/oder eine Porosität im Bereich von 42 bis 46%. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch vorteilhafte Eigenschaften beim Verpressen in einer Formkanalstempelpresse mit Venturi-Kanal eingestellt werden können. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beträgt bei den Pellets die Rohdichte ca. 0.7g/cm³ oder exakt 0.72g/cm³, und die Porosität ca. 44% oder exakt 44.6%.
Erfindungsgemäß weist die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm oder zwischen 1 und 6mm auf, insbesondere kleiner 3mm. Dies liefert auch eine vorteilhafte Konfektionierung für die zweite Agglomerationsstufe. Es hat sich gezeigt, dass mittels der Lochscheibenwalzenmühle auf einfache Weise eine vorteilhafte Vorkonfektionierung des Einsatzstoffes erzielt werden kann.
In agglomerationstechnischer Hinsicht ist davon auszugehen, dass die Beanspruchung des Einsatzstoffes in der Lochscheibenwalzenmühle in Verbindung mit der nachfolgenden Verpressung in der Formkanalstempelpresse der theoretischen Lehre für das optimale Konfektionieren des Einsatzstoffes zuwider läuft. Denn bisher war davon auszugehen, dass durch eine Pelletierung mit anschließender Trocknung die Bindungen der Partikel abgesättigt sind, d.h., eine einstufige Agglomeration wurde als zielführend erachtet.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass insbesondere auch durch vorteilhafte Ausgestaltung der Pressdurchlässe der ersten Agglomerationsstufe gute Voraussetzungen für eine erfolgreiche Verpressbarkeit in der zweiten Agglomerationsstufe geschaffen werden können. Durch die Vorbehandlung in der Lochscheibenwalzenmühle kann der Einsatzstoff vorkonfektioniert werden, indem mittels der Pressdurchlässe, insbesondere in bevorzugter Geometrie, nur eine vergleichsweise schwache Agglomeration erfolgt, und dadurch der Einsatzstoff vorkonfektioniert wird für eine bevorzugte Konfektionierung mittels der Formkanalstempelpresse (zweite Agglomerationsstufe).
Als Pellet ist hierbei der erhaltene Formkörper nach dem Schritt des Walzens/Formgebens mittels der Lochscheibenwalzenmühle zu verstehen. Die Geometrie der Vorkompaktate/Pellets kann dabei durch die Geometrie der Matrize bzw. der Durchlässe vorgegeben werden. Mehrere Pellets können dann im nachfolgenden Schritt des Verpressens, insbesondere durch gezielteres Einstellen von Pressdruck, Temperatur und Pressdauer, jeweils zu einem Brikett bzw. Pressling geformt werden.
Das Kompaktierverfahren umfasst eine zweistufige Agglomeration, wobei vor dem Verpressen ein Pelletieren des vergleichsweise feuchten Einsatzstoffes (insbesondere im Bereich von 20Ma%) zu insbesondere zylindrischen Pellets erfolgen kann. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kohle bzw. der Einsatzstoff vor dem Verpressen einen Wasseranteil zwischen 8 bis 15Ma%, insbesondere 10 bis 12Ma% aufweist. Die Lochscheibenwalzenmühle ermöglicht ein Pelletieren von vergleichsweise feuchtem Einsatzstoff, so dass zwischen Lochscheibenwalzenmühle und Formkanalstempelpresse je nach Bedarf ein Trocknen erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 95°C oder von 50 bis 90°C oder von 40 bis 80°C, insbesondere 55 bis 65°C. Hierdurch kann ein Anhaften bzw. Verbacken optimiert werden, insbesondere jeweils im gewünschten Feuchtebereich. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass keine Verdampfung erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Braunkohle insbesondere bei zumindest annähernd 65°C zu besonders druckfesten Briketts verpresst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen bei Drücken von 120 bis 150MPa, insbesondere bei 140MPa. Hierdurch lassen sich für diverse Einsatzstoffe vorteilhafte Eigenschaften der Briketts erzielen. Insbesondere in diesem Druckbereich können hohe Qualitäten erzielt werden.
Dabei wird der auf den Einsatzstoff ausgeübte Druck im Auslaufabschnitt bevorzugt deutlich kleiner als der Druck im Einlaufabschnitt in der Hauptverengung (mittiger Abschnitt) eingestellt, insbesondere mit kontinuierlicher Abnahme ausgehend vom maximalen Druckniveau. Hierdurch lassen sich gute Eigenschaften der Briketts sicherstellen, insbesondere aufgrund schonender Behandlung.
Gemäß einer Ausführungsform wird dem Einsatzstoff vor oder während des Verpressens ein Bindemittel zugeführt, insbesondere ein Bindemittel aus der Gruppe: Melasse, Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand. Hierdurch können die Eigenschaften der verpressten Briketts oder auch der Effekt bestimmter Druckverhältnisse in der Formkanalstempelpresse beeinflusst werden. Das Bindemittel wird insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C zuführt.
Es hat sich gezeigt, dass eine Zugabe von Bindemittel in der Lochscheibenwalzenmühle nicht notwendigerweise erforderlich ist. Jedoch können dort und/oder in einem separaten Mischer wahlweise auch Brikettier- oder Verkokungshilfsmittel zugegeben werden. Insbesondere bei der Verarbeitung von höher inkohlten Kohlen kann ein für die Brikettierung bzw. Verkokung verwendetes Bindemittel bzw. Verkokungshilfsmittel zur optimalen Durchmischung bereits in der Lochscheibenwalzenmühle oder auch in einem separaten Mischer zugegeben werden. Verkokungshilfsmittel können bereits stromauf von der Lochscheibenwalzenmühle zugegeben werden.
Erfindungsgemäß wird der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Pellet- bzw. Korngröße zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm, insbesondere kleiner 2mm bereitgestellt. Hierdurch lässt sich ein guter Zusammenhalt der einzelnen Partikel im verpressten Brikett sicherstellen, insbesondere unabhängig von der Art oder Richtung der Belastung in der Ofenkammer. Das Verpressen erfolgt bevorzugt bei max. 15Ma% Wasser, insbesondere temperatur- und/oder feuchtegeregelt im Bereich von 8 bis 15Ma%, oder noch gezielter im Bereich von 10 bis 12Ma%.
Bisher erfolgte eine klassische Zerkleinerung zu Körnern mit einer Körnung von 1/0mm, mit hohem Feinanteil (insbesondere 40% der Körner mit Durchmesser ≤ 0,25mm). Dank der hier beschriebenen Vorrichtung ist eine Feuchtzerkleinerung möglich, bei welcher eine Sekundärkörnung mit geringer Staubfracht, aber hoher innerer Feinheit der Pellets sichergestellt werden kann. Dies führt beim Verpressen der Pellets zu Briketts mit höherer Qualität, insbesondere auch zu hoher Brikett-/Koksfestigkeit. Das Pelletieren kann dabei bei vergleichsweise hohem Feuchteanteil im Bereich von 20% bis 60% erfolgen. Die zweistufige Agglomeration ermöglicht das Kompaktieren des Einsatzstoffes in einem Zustand mit noch vergleichsweise hohem Feuchteanteil.
Das Zerkleinern des Einsatzstoffes kann durch Aufmahlen und Pelletieren in der Lochscheibenwalzenmühle erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Einsatzstoff für die erste und/oder zweite Agglomerationsstufe mit einem Wassergehalt von 15 bis 60Ma%, insbesondere 40 bis 60Ma% bereitgestellt; wobei der Einsatzstoff beim Verpressen auf einen Wassergehalt von 5 bis 20Ma%, insbesondere 10 bis 12Ma%, insbesondere 11Ma% gebracht wird, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 70°C, insbesondere 50 bis 70°C, insbesondere 60°C. Hierdurch kann insbesondere für Braunkohlen eine vorteilhafte Zusammensetzung mit guten Eigenschaften hinsichtlich Partikelfestigkeit sichergestellt werden. Bei anderen Einsatzstoffen hingegen kann der Wassergehalt auch höher oder niedriger sein, insbesondere im kompletten Bereich vom Ausgangswassergehalt des Einsatzstoffes (z.B. Braunkohle 50 bis 65%) bis zum Wassergehalt des vorgetrockneten Einsatzstoffes liegen.
Vor dem Verpressen wird in der ersten Agglomerationsstufe bevorzugt eine Porosität im Bereich von 40 bis maximal 50% sichergestellt, und/oder eine Rohdichte im Bereich von 0.6 bis maximal 0.8g/cm³. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beträgt bei den Pellets die Rohdichte max. 0.75g/cm³, und/oder die Porosität beträgt max. 45%.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen chargenweise zu jeweils einem Brikett binnen einer Zeitdauer von weniger als 15sek, insbesondere weniger 10sek, insbesondere im Bereich von 3 bis 9sek. Hierdurch lassen sich gute Eigenschaften des Briketts erzielen, insbesondere auch gute Festigkeitswerte.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Kohle bzw. der Einsatzstoff vor dem Verpressen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Einsatzstoffen gemischt, insbesondere unter Beigabe von Bindemittel. Hierdurch lässt sich die Zusammensetzung des Briketts individuell für eine jeweilige Anwendung optimieren.
Gemäß einer Ausführungsform wird dem Einsatzstoff vor oder während dem Verpressen ein Verkokungs-Hilfsmittel zugeführt, insbesondere ein Verkokungs-Hilfsmittel aus der Gruppe: Melasse, Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC (High-Conversion Soaker Cracking)-Rückstand, HSC/ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction)-Mischrückstände. Hierdurch lassen sich die Material-Eigenschaften speziell hinsichtlich Verkokung einstellen, insbesondere in Abhängigkeit vom gewählten Temperaturregime in der Ofenkammer. Dies liefert eine weitere Option der Einflussnahme auf die Verfahrensparameter. Das Verkokungs-Hilfsmittel wird insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C zuführt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen derart, dass die in Koksbriketts bzw. Stückkoks umgewandelten Briketts vor und/oder nach der Verkokung eine Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa aufweisen. Hierdurch kann eine hohe Betriebssicherheit sichergestellt werden, insbesondere auch bei sehr hohen Ofenkammern mit großer Last auf die unteren Briketts. Das Anwendungsspektrum der Briketts wird dadurch besonders breit. Es hat sich gezeigt, dass das Brikettieren wertbestimmend für die Festigkeit der Briketts auch nach Verkokung ist. Die Festigkeit kann jedoch durch unsachgemäße Trocknung, Verkokung oder Kühlung verloren gehen. Bei dem hier beschriebenen temperaturgeregelten Verfahren kann sichergestellt werden, dass die Druckfestigkeit von insbesondere Braunkohle durch das Verkoken nicht sinkt, sondern konstant bleibt oder sogar steigt. Insbesondere kann eine Zunahme der Festigkeit um mindestens 30 bis 50% sichergestellt werden, beispielsweise von 25MPa auf mindestens 35MPa, oder von 30MPa auf mindestens 45MPa. Als beachtliche Parameter zum Optimieren der Verkokung können neben den Temperaturkurven auch insbesondere Zeit/Dauer der Verkokung und Druckverhältnisse in der Ofenkammer genannt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Temperaturverlauf den größten Einfluss hat.
Die Festigkeit kann dabei eine monovariable Funktion der Dichte sein. Insbesondere unter Verwendung von Bindemitteln können Briketts mit sehr hoher Festigkeit auch bei geringerer Dichte hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt vor dem Verpressen der Briketts zunächst eine Erwärmung und Trocknung des Einsatzstoffes auf 20Ma% Wasser, und daraufhin eine Erwärmung und Trocknung des zu Briketts verpressenden/verpressten Einsatzstoffes auf 11Ma% Wasser, bevor die Briketts einer Ofenvorrichtung zugeführt werden. Dies stellt eine besonders schonende Behandlung der Briketts sicher. Das Verpressen erfolgt bevorzugt bei 11Ma% Wasser, insbesondere temperatur- und/oder feuchtegeregelt.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle in Verbindung mit einer Formkanalstempelpresse in einem zweistufigen Agglomerationsprozess zum Kompaktieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Briketts, wobei die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst, insbesondere Verwendung einer Formkanalstempelpresse mit sich zweifach entgegengesetzt verjüngendem Presskanal zum Bereitstellen von insbesondere zylindrischen Briketts aus Pellets einer Lochscheibenwalzenmühle, insbesondere für eine Ofenvorrichtung mit vertikalen Ofenkammern. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Pellets zum Verpressen der Pellets zu Briketts in einer Formkanalstempelpresse, wobei die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst, insbesondere für eine Ofenvorrichtung mit vertikalen Ofenkammern. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Brikett eingerichtet zur Verkokung (bzw. zur Umwandlung in Koks) in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, insbesondere zylindrisches Brikett; wobei das Brikett aus Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; besteht und eine Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa aufweist, wobei das Brikett durch eine erste Agglomerationsstufe mit einer Lochscheibenwalzenmühle und durch eine zweite Agglomerationsstufe mit einer Formkanalstempelpresse hergestellt wird, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Das Brikett weist diese Druckfestigkeit vor und/oder nach der Verkokung auf, bevorzugt sowohl vor als auch nach der Verkokung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Brikett eine zylindrische Geometrie auf. Es hat sich gezeigt, dass diese Geometrie ein breites Anwendungsspektrum für die Briketts erschließt, und insbesondere auch ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren ermöglicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Brikett breiter als hoch, insbesondere scheibenförmig. Dies ermöglicht eine besonders exakte Einflussnahme auf die Eigenschaften der Briketts im Zusammenhang mit dem Verpressen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Brikett eine zylindrische Geometrie mit Breite zu Höhe-Verhältnis von 1 bis 5 auf, insbesondre 2 bis 3, mit wenigstens einer Stirnseite geometrisch korrespondierend zu einer Stirnseite eines Preßstempels einer Formkanalstempelpresse. Hierdurch kann auch eine besonders gute Festigkeit erzielt werden. Mittels des Preßstempels kann dem Brikett dabei eine Geometrie in einem engen Toleranzbereich verliehen werden. Dies ist nicht zuletzt hinsichtlich der Festigkeit vorteilhaft. Das Brikett weist z.B. eine Breite oder einen Durchmesser von 20 bis 100mm auf, bei ebenen Stirnseiten, wahlweise mit abgerundeten Ecken. Es hat sich gezeigt, dass die zylindrische Geometrie Vorteile insbesondere bei der Substitution klassischer Hochofen-Briketts bzw. klassischer Einsatzstoffe liefert, bei welchen ein langsames Verbrennen und eine verzögerte Reaktion erforderlich bzw. wünschenswert sind. Insbesondere aufgrund der mittels des hier beschriebenen Agglomerationsverfahrens (Verpressen in Presskanal) erzielten Festigkeitswerte bei zylindrischen Briketts kann die Substitution auf breiter Basis erfolgen.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Pellet eingerichtet zum Verpressen in einer Formkanalstempelpresse zum Bereitstellen eines Briketts eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, wobei das Pellet hergestellt ist durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle, indem das Pellet mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm an der Formkanalstempelpresse bereitgestellt wird. Dies liefert auch ein breites Anwendungsspektrum.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Brikett, insbesondere ein zuvor beschriebenes Brikett, hergestellt durch Verpressen von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Formkanalpresse mit sich zweifach entgegengesetzt Venturi-artig verjüngendem Presskanal, insbesondere nachdem der Einsatzstoff zuvor in einer Lochscheibenwalzenmühle pelletiert wurde. Hierdurch lassen sich neben diversen verfahrenstechnischen Vorteilen Briketts mit hoher Festigkeit herstellen. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auch die Einsatzstoffe Braunkohle und schwachbackende Steinkohle und Biomasse auch miteinander vermischt werden können. Dies erweitert das Anwendungsgebiet der hier beschriebenen Ofenvorrichtungen.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Brikett eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung, insbesondere ein zuvor beschriebenes Brikett, hergestellt durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird, und durch anschließendes Verpressen der erhaltenen Pellets zu insbesondere zylindrischen Briketts in einer Formkanalstempelpresse, insbesondere in einem sich zweifach entgegengesetzt Venturi-artig verjüngendem Presskanal.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Koksbriketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; mit einer Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa, hergestellt durch Verkoken von insbesondere zylindrischen Briketts bestehend aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einem Vertikalkammerofen mit kontinuierlich über die jeweilige Ofenkammer ansteigendem Temperaturprofil, nach vorhergehender mehrstufiger Trocknung in einem Brikett-Trockner.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Kohlepressling aus Braunkohle, bereitgestellt als Kohlebrikett oder Koksbrikett, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm³, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Kohlepressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Kohlepressling aus schwachbackender Steinkohle, bereitgestellt als Kohlebrikett oder Koksbrikett, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm³, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Kohlepressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Pressling aus Biomasse oder Petrolkohle, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm³, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Pressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung eines mittels einer Lochscheibenwalzenmühle pelletierten und mittels einer Formkanalstempelpresse verpressten insbesondere zylindrischen Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einem Vertikalkammerofen, insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, zum Herstellen von Koksbriketts durch Temperieren wenigstens zweier Temperaturbereiche mit unterschiedlich steiler Temperaturrampe, erst kleinerer Steigung, dann größerer Steigung.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Verkokungs-Hilfsmittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, wobei das Verkokungs-Hilfsmittel aus wenigstens einer Komponente aus der folgenden Gruppe besteht: Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Bindemittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, wobei das Bindemittel aus wenigstens einer Komponente aus der folgenden Gruppe besteht: Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand, Malzrückstände (Biertreber). Hierdurch kann gezielt Einfluss auf bestimmte Mischungen von Einsatzstoff genommen werden, insbesondere ohne das Verfahren stark abwandeln zu müssen. In vielen Fällen kann es gewünscht sein, das Verpressen ohne Bindemittel durchzuführen. Das Bindemittel kann aber nicht nur den Zusammenhalt der Pellets/Vorkompaktate verbessern, sondern auch die Kokseigenschaften (insbesondere die Werte CRI und CSR) verbessern.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Bindemittel und/oder Verkokungs-Hilfsmittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; das Bindemittel oder Verkokungs-Hilfsmittel umfassend wenigstens einen Stoff aus der Gruppe: Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand. Es hat sich gezeigt, dass diese Stoffe sowohl als Bindemittel als auch als Verkokungshilfsmittel verwendet werden können. Die Bindemittel werden dem Einsatzstoff vor dem Verpressen zugegeben und ermöglichen dank ihrer Klebwirkung, aus schwachbackendem Einsatzstoff einen formbeständigen Pressling zu erzeugen. Die Verkokungshilfsmittel hingegen schmelzen erst bei höheren Temperaturen in der Ofenkammer und bilden dort während einem Aufblähen/Aufweiten und Wiederverfestigen des Einsatzstoffes, insbesondere im Temperaturbereich >350°C, so genannte Schmelz- oder Festkörperbrücken zwischen den Partikeln.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Kohlenutzungsanordnung, umfassend wenigstens eine zuvor beschriebene Ofenvorrichtung sowie wenigstens eine zuvor beschriebene Werkzeugvorrichtung, wobei mittels der Werkzeugvorrichtung verpresste Briketts bevorzugt mit einem Wassergehalt von weniger als 15Ma%, insbesondere im Bereich von 10 bis 12Ma% verpresst und auf diesem Wassergehalt an der Ofenvorrichtung bereitgestellt werden, insbesondere an einem temperatur- und/oder feuchtegeregelten Brikett-Trockner stromauf von der Ofenkammer. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Briketts nach der Konfektionierung wieder Wasser aufsaugen. Materialstress kann minimiert werden. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere hinsichtlich Prozessstabilität und hinsichtlich Qualität des Endproduktes vorteilhaft ist, dass sich der Wassergehalt von 10 bis 12Ma%, insbesondere 11Ma% zwischen dem Verpressen (zweite Agglomerationsstufe) und einem nachfolgenden Trocknungsvorgang unmittelbar vor dem Verkoken (alsoz.B. in einem Brikett-Trockner) nicht ändert.
Eine derartige Kohlenutzungsanordnung liefert Vorteile hinsichtlich der Handhabung oder Zuführung des Einsatzstoffes oder der Pellets/Vorkompaktate, und ermöglicht insbesondere das flexible Einstellen von Trocknungsverfahren oder Temperaturkurven, je nach Kohlesorte. Die final verpressten Briketts können dabei z.B. mittels eines Wellkantengurtförderers bzw. Förderbandes (Bandanlage) nach erfolgtem Verpressen zum Brikett-Trockner oder einem vorgelagerten Bunker gefördert werden.
Alternativ ist die Werkzeugvorrichtung, insbesondere eine/die Formkanalstempelpresse der Werkzeugvorrichtung, in Schwerkraftrichtung oberhalb von einem/dem Brikett-Trockner der Ofenvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine Zufuhr basierend auf Gravitationskräften, ohne das Erfordernis einer Bandanlage. Die einzelnen Komponenten der Werkzeugvorrichtung können auch an anderen Positionen angeordnet sein. Die Briketts können z.B. mit einem Becherwerk in einen Bunker insbesondere oberhalb des Brikett-Trockners angeordneten befördert werden, so dass zumindest eine Förderung aus dem Bunker basierend auf Schwerkräften möglich ist. Es kann jedoch bei vielen Anlagen-Konzepten vorteilhafter sein, dass die gesamte Agglomerationsstufe bzw. Vorrichtungen zum Kompaktieren außerhalb der Koksofenbatterie angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kohlenutzungsanordnung eine Lochscheibenwalzenmühle, welche in Förderrichtung des Einsatzstoffes stromauf von einer/der Formkanalstempelpresse der Werkzeugvorrichtung angeordnet ist. Dabei können folgende Anordnungen bzw. Materialflüsse realisiert werden: Der Einsatzstoff wird (insbesondere ohne das Erfordernis einer Vortrocknung) einer Lochscheibenwalzenmühle zugeführt, daraufhin getrocknet, und dann zu Briketts verpresst. Im Gegensatz dazu war bisher folgende Anordnung üblich: Vorzerkleinerter Einsatzstoff wurde in einen Trockner gefördert, von dort zu einer Nachzerkleinerung, und daraufhin erfolgte das Verpressen zu Briketts.
Der Vortrockner kann in der Nähe der Formkanalstempelpresse angeordnet sein. Der Brikett-Trockner befindet sich bevorzugt oberhalb von der jeweiligen Ofenkammer. Insbesondere kann an eine (jeweilige) Ofenkammer gekoppelt sein: ein übergebauter Bunker, ein übergebauter Trockner, eine untergebaute Einrichtung zur Kokstrockenkühlung. Folgende separate Komponenten können eine Einheit bilden: erste Agglomerationsstufe (umfassend Trocknung, Zerkleinerung), zweite Agglomerationsstufe (umfassend Brikettierung). Wahlweise kann ein zentralisierter Trockner für mehrere Ofenkammern vorgesehen sein, wobei eine Einbindung weiterer Abwärmequellen möglich ist, insbesondere zwecks Minderung von Emissionen, Reduzierung von Korrosion im Trockner, oder Verbesserung der Koksqualität durch einsatzstoffspezifisch geregelte Trocknung. Dann können auch folgende Einheiten gebildet werden: erste und zweite Agglomerationsstufe, Brikett-Bunker und Brikett-Trockner, Ofenkammer mit übergebautem Bunker und untergebauter Einrichtung zur Kokstrockenkühlung.
Wie erwähnt, kann dank der zweistufigen Agglomeration eine Feuchtzerkleinerung und Formgebung insbesondere auch von Braunkohle erfolgen, also bei vergleichsweise hohem Feuchteanteil, nämlich in einer Lochscheibenwalzenmühle bzw. Lochscheibenwälzmühle, welche einen intensiven Aufschluss der Körner ermöglicht und dadurch das spätere Verbacken erleichtert bzw. hohe Druckfestigkeiten ermöglichen kann. Nach einer Trocknung kann dann im zweiten Agglomerationsschritt die Brikettierung erfolgen.
Im Gegensatz dazu erfolgt die traditionelle Aufbereitung von Braunkohle nach folgendem Schema: Vorzerkleinerung von Rohkohle in Rohfeinkohle, Trocknung der Rohfeinkohle zum Bereitstellen von Trockenkohle, Zerkleinerung der Trockenkohle, Brikettierung der zerkleinerten Trockenkohle.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Koks und/oder chemischen Wertstoffen wie Gasen und Flüssigkeiten durch Verkoken von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; wobei der wenigstens eine feste Einsatzstoff in einer der Verkokung vorangeschalteten ersten Agglomerationsstufe gemahlen und pelletiert wird und in einer weiteren vorangeschalteten zweiten Agglomerationsstufe verpresst wird, jeweils bevorzugt bei geregelter Trocknung, und daraufhin in einem Brikett-Trockner stufenweise weiter bis auf einen Feuchteanteil von weniger als 5Ma% getrocknet wird, und anschließend durch eine schachtartige Verkokungskammer aufgrund von Gravitationskräften von oben nach unten hindurch gefördert wird und dabei kontinuierlich mit zunehmender Weglänge erwärmt wird, wobei die erforderliche Wärmeenergie in wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei jeweils auf einer Seite seitlich zur jeweiligen Ofenkammer angeordneten horizontalen Heizkanälen, und bevorzugt auch durch einen darüber liegenden mäanderförmigen Heizkanal, die jeweils individuell durch wenigstens einen externen Brenner beheizt werden, erzeugt und indirekt über eine Trennwand in die Ofenkammer übertragen wird, und wobei der Einsatzstoff anschließend in einer unterhalb der (jeweiligen) Ofenkammerkammer befindlichen Einrichtung zu Trockenkühlung mittels Kühlgas, insbesondere im Gegenstrom, gekühlt und das dadurch erwärmte Kühlgas durch Wärmetauscher geführt wird, wobei der in der ersten Agglomerationsstufe gemahlene, zerkleinerte, pelletierte Einsatzstoff in der zweiten Agglomerationsstufe in einem Presskanal mit zylindrischer Geometrie mit sich verengendem und daraufhin wieder erweiterndem Querschnitt verpresst wird, insbesondere zu zylindrischen, puckförmigen Briketts, insbesondere mit einem Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe zwischen 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Koks und/oder chemischen Wertstoffen wie Gasen und Flüssigkeiten durch Verkoken von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; wobei der wenigstens eine Einsatzstoff in einer vorangeschalteten ersten Agglomerationsstufe umfassend eine Lochscheibenwalzenmühle pelletiert und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe umfassend eine Formkanalstempelpresse verpresst wird, und bevorzugt in jeder Agglomerationsstufe vorgetrocknet wird, daraufhin in einem Brikett-Trockner stufenweise weiter bis auf einen Feuchteanteil von weniger als 5Ma% getrocknet wird, und anschließend durch eine schachtartige Verkokungskammer aufgrund von Gravitationskräften von oben nach unten hindurch gefördert wird und dabei kontinuierlich mit zunehmender Weglänge erwärmt wird, wobei die erforderliche Wärmeenergie in wenigstens zwei, bevorzug jeweils wenigstens drei jeweils auf einer Seite seitlich zur jeweiligen Ofenkammer angeordneten horizontalen Heizkanälen, und bevorzugt auch durch einen darüber liegenden mäanderförmigen Heizkanal, die jeweils individuell durch wenigstens einen externen Brenner beheizt werden, erzeugt und indirekt über eine Trennwand bzw. Heizwand in die Ofenkammer übertragen wird, und wobei der Einsatzstoff anschließend in einer unterhalb der (jeweiligen) Ofenkammerkammer befindlichen Einrichtung zu Trockenkühlung mittels Kühlgas gekühlt und das dadurch erwärmte Kühlgas durch Wärmetauscher geführt wird, wobei der in der ersten Agglomerationsstufe gemahlene, zerkleinerte, pelletierte Einsatzstoff in der zweiten Agglomerationsstufe in einem Presskanal mit zylindrischer Geometrie mit sich verengendem und daraufhin wieder erweiterndem Querschnitt verpresst wird, insbesondere zu zylindrischen, puckförmigen Briketts, insbesondere mit einem Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe zwischen 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Koksbriketts aus festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, umfassend sowohl das zuvor beschriebene Kompaktieren des Einsatzstoffes zu Briketts als auch das zuvor beschriebenen Herstellen von Koksbriketts, wobei sowohl das Kompaktieren als auch das nachgeschaltete Trocknen in einem Brikett-Trockner und/oder das Verkoken in einer jeweiligen Ofenkammer temperatur- und/oder feuchtegeregelt erfolgen. Dies ermöglicht Briketts von sehr hoher Qualität, insbesondere aufgrund Temperatur- und/oder Feuchteregelung durch die gesamte Prozesskette.

FIGURENBESCHREIBUNG

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren, sowie aus den Figuren selbst. Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung

Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau einer Werkzeugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, insbesondere in relativer Anordnung zu einer die Werkzeugvorrichtung umfassenden Kohlenutzungsanordnung;
Fig. 2: in einer Seitenansicht eine Kohlenutzungsanordnung zur Eingliederung einer Werkzeugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3, 4A, 4B: einzelne Komponenten einer Formkanalstempelpresse einer Werkzeugvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 5: eine vorteilhafte Geometrie eines Briketts hergestellt gemäß einer Ausführungsform oder zur Verwendung in einer Ofenvorrichtung oder in einer die Ofenvorrichtung umfassenden Kohlenutzungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 bis 8: in schematischer Darstellung Details der ersten Agglomerationsstufe einer Werkzeugvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

In Fig. 1 ist eine Werkzeugvorrichtung 70 gezeigt, die Teil einer Kohlenutzungsanordnung 80 umfassend eine Ofenvorrichtung 10 sein kann. Die Werkzeugvorrichtung 70 umfasst eine erste Agglomerationsstufe 70.1 und eine zweite Agglomerationsstufe 70.2. Die erste Agglomerationsstufe 70.1 umfasst eine Lochscheibenwalzenmühle 79 mit einer Matrize 79.1 mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen 79.2, durch welche hindurch Einsatzstoff 1 gepresst und in Form von Pellets 1.1 an der zweiten Agglomerationsstufe 70.2 bereitgestellt werden kann. Die zweite Agglomerationsstufe 70.2 umfasst eine Einrichtung zum Verpressen 73, die als Formkanalstempelpresse ausgebildet ist oder diese umfasst. Nach dem Verpressen können die erhaltenen Briketts 5 der Ofenvorrichtung 10 zugeführt werden, insbesondere einem Vertikalkammer-Koksofen.
Fig. 2 zeigt schematisch die Eingliederung der Werkzeugvorrichtung 70 in eine Kohlenutzungsanordnung 80 umfassend eine Ofenvorrichtung 10 mit einer Zuführeinheit 10.1 für den brikettierten Einsatzstoff 5, einem Brikett-Trockner 15, einem Eintragsystem 16, mehreren vertikalen Ofenkammern 11, einer Kokstrockenkühlung 19 und einem Austragsystem 17.
Fig. 3 zeigt im Detail einen Formkanal 73.1 mit Venturi-Geometrie, ausgebildet in einem Grundkörper 73.2, in welchem auch Temperierkanäle (Kühl- oder Heizkanäle) 73.21 vorgesehen sind. Ein Preßstempel 75 wird in einem Führungsabschnitt 74 geführt, welcher in einen sich kontinuierlich verengenden Einlaufabschnitt 76 übergeht (Länge der Formkanalverengung L73), insbesondere gebildet durch eine erste Hülse. Daran kann sich in Vorschubrichtung ein mittiger Abschnitt bzw. eine Hauptverengung 76a anschließen, insbesondere mit zylindrischer Geometrie bzw. kreisrundem Querschnittsprofil. Ein sich kontinuierlich aufweitender Auslaufabschnitt 77 kann insbesondere durch zweite Hülse gebildet sein. Die Abschnitte bilden zusammen eine Matrize 78, die wahlweise einstückig sein kann bzw. durch einen einzelnen Formabschnitt des Formkanals gebildet sein kann.
Der Preßstempel 75 kann über eine maximale Hublänge H verlagert werden, wobei Länge eines einzelnen Hubes bevorzugt der Breite des jeweiligen Briketts entspricht (ein Brikett je Hub). Die Stempeleintauchtiefe E in den Einlaufabschnitt 76 ist bevorzugt deutlich größer als der jeweilige Hub. Über die Höhe Δz73 der Formkanalverengung kann der Grad der Pressung definiert werden. Die Höhe Δz73 ist bevorzugt größer als die Höhe der Formkanalaufweitung, und/oder die Steigung der Formkanalverengung ist größer als jene der Formkanalaufweitung.
In Fig. 3 ist ferner eine Steuerungseinrichtung 20 angedeutet, mittels welcher basierend auf Messwerten, die durch eine Messeinrichtung 14 erfasst werden, eine Prozesssteuerung erfolgen kann. Die Messeinrichtung 14 umfasst insbesondere wenigstens einen Temperatursensor 14.1 und/oder wenigstens einen H20-Sensor 14.2 und/oder wenigstens einen Drucksensor 14.3, deren jeweilige Position hier nur exemplarisch angedeutet ist. Die in Fig. 3 gezeigte Kompaktierung kann dabei wahlweise auch entkoppelt von den anderen Verfahrensschritten durchgeführt werden.
In den Fig. 4A, 4B sind weitere Komponenten gezeigt. Die Pellets 1.1 können einem Vortrockner 71 zugeführt und über eine Kupplung 72 der Formkanalstempelpresse 73 zugeführt werden. Der Venturi-Formkanal ist hier durch eine einzelne Verschleißhülse 73.3 bereitgestellt. Der Formkanal weist eine kreisrunde Querschnittsgeometrie Q73 auf.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Geometrie von Briketts 5 für Vertikalkammer-Koksöfen. Das Brikett 5 ist zylindrisch und weist einen Durchmesser D5 und eine Höhe h5 auf.
Fig. 6 zeigt eine Matrize 79.1 mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen 79.2, welche sich über eine absolute Länge L79 der Matrize erstrecken.
Fig. 7, 8 zeigt jeweils Pressdurchlässe 79.2, die jeweils einen ersten Abschnitt 79a und einen zweiten Abschnitt 79b aufweisen. Der jeweilige Pressdurchlass weist im ersten Abschnitt 79a einen konstanten D79 Durchmesser auf. Im zweiten Abschnitt 79b ist eine Konizität 79.3 vorgesehen.
Fig. 8 zeigt eine Ausgestaltung der Pressdurchlässe, bei welcher die Länge des ersten Abschnitts 79a jeweils maximal 20% der absoluten Länge L79 beträgt. Diese Geometrie ermöglicht ein sehr moderates Aufweiten.

Bezugszeichenliste:

1: Einsatzstoff/Rohstoff
1.1: Pellet, insbesondere hergestellt mittels Lochscheibenwalzenmühle
2: Verkokungs-Hilfsstoff
3: Bindemittel
4: Brikettstrang
5: Pressling oder Kohlebrikett, insbesondere in Scheiben- bzw. Puck-Form
6: Pressling oder Koksbrikett, insbesondere in Scheiben- bzw. Puck-Form
10: Ofenvorrichtung, insbesondere Koksofen
10.1: Zuführeinheit
11: Ofenkammer
14: Messeinrichtung, insbesondere mit Temperatur- und/oder H20-Sensor
14.1: Temperatursensor
14.2: H20-Sensor
14.3: Drucksensor
15: Brikett-Trockner, insbesondere mit Dächertrocknereinheit
16: Eintragsystem
17: Austragsystem
19: Einrichtung zur Kokstrockenkühlung bzw. Trockenkühleinrichtung
20: Steuerungseinrichtung
70: Werkzeugvorrichtung
70.1: erste Agglomerationsstufe
70.2: zweite Agglomerationsstufe
71: Vortrockner
72: Kupplung zu Trockner
73: Einrichtung zum Verpressen bzw. Formkanalstempelpresse
73.1: Formkanal bzw. Venturi-Presskanal
73.2: Grundkörper
73.21: Temperierkanal (Kühl- oder Heizkanal)
73.3: Verschleißhülse
74: Führungsabschnitt
75: Preßstempel
76: Einlaufabschnitt, insbesondere erste Hülse
76a: mittiger Abschnitt bzw. Hauptverengung, insbesondere zylindrisch
77: Auslaufabschnitt, insbesondere zweite Hülse
78: Matrize bzw. einzelner Formabschnitt des Formkanals
79: Lochscheibenwalzenmühle
79.1: Matrize
79.2: Pressdurchlass
79a: erster Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses
79b: zweiter Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses
79.3: Konizität
80: Kohlenutzungsanordnung
D5: Breite, insbesondere Durchmesser des Briketts
D79: Durchmesser des Pressdurchlasses
h5: Höhe des Briketts
H: Hublänge
E: Stempeleintauchtiefe
L73: Länge der Formkanalverengung
L79: Länge des Pressdurchlasses
Δz73: Höhe der Formkanalverengung
Q73: Querschnittsgeometrie des Formkanals

Claims

Werkzeugvorrichtung (70) zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff zu Briketts, mit einer Einrichtung zum Verpressen des Einsatzstoffes, wobei die Einrichtung zum Verpressen eine Formkanalstempelpresse (73) mit wenigstens einem Pressstempel (75) und korrespondierendem Presskanal (73.1) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugvorrichtung eine erste Agglomerationsstufe (70.1) mit einer Lochscheibenwalzenmühle (79) umfasst, und die Formkanalstempelpresse (73) der Lochscheibenwalzenmühle als zweite Agglomerationsstufe (70.2) nachgeschaltet ist, wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) eine Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm oder zwischen 1 und 6mm, insbesondere kleiner 3mm umfasst und wobei ein Einlaufabschnitt (76) und ein Auslaufabschnitt (77) des Presskanals (73.1) jeweils aus einem einzigen Formteil gebildet sind.
Werkzeugvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Pressdurchlässe als zylindrische Pressdurchlässe ausgebildet sind, zumindest abschnittsweise, zumindest in einem ersten Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses; und/oder wobei die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt sind, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, und ferner umfassend einen zweiten Abschnitt mit einer Konizität, insbesondere einer sich aufweitenden Konizität, insbesondere einer sich auf den 1.5 bis 2fachen Durchmesser aufweitenden Konizität; und/oder wobei die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt sind, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, welcher erste Abschnitt sich über maximal 20% der absoluten Länge des jeweiligen Pressdurchlasses erstreckt.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein/der Einlaufabschnitt (76) des Presskanals (73.1) in Vorschubrichtung kürzer ist als ein/der Auslaufabschnitt (77); und/oder wobei der Presskanal (73.1) einen konischen Einlaufabschnitt (76) und einen konischen Auslaufabschnitt (77) aufweist, wobei der Presskanal eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Presskanal (73.1) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Querschnittsgeometrie aufweist, insbesondere in Vorschubrichtung vor einem/dem konischen Einlaufabschnitt (76) und/oder hinter einem/dem konischen Auslaufabschnitt (77) und/oder zwischen dem Einlaufabschnitt und dem Auslaufabschnitt.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Presskanal einen mittigen Abschnitt (76a) zwischen einem/dem Einlauf- und Auslaufabschnitt (76, 77) mit davon abweichender Querschnittsgeometrie umfasst, insbesondere einen Abschnitt mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugvorrichtung wenigstens eine der ersten Agglomerationsstufe vorgeschaltete Einrichtung zum Mahlen des Einsatzstoffes, insbesondere ein Backenbrecher, und wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, insbesondere auf <=20Ma% Wasser umfasst.
Verfahren zum Kompaktieren von festem kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, umfassend ein Verpressen des Einsatzstoffes, mit einer Werkzeugvorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche;
dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff zunächst in einer ersten Agglomerationsstufe mittels der Lochscheibenwalzenmühle (79) zu Pellets pelletiert wird, und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe mittels der Formkanalstempelpresse (73) mit wenigstens einem Pressstempel in dem Presskanal (73.1) entlang des sich konisch verengenden Einlaufabschnittes (76) und des sich konisch aufweitenden Auslaufabschnittes (77) zu Briketts verpresst wird, wobei der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Korngröße zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird.
Kompaktierverfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei das Verpressen bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 95°C oder von 50 bis 90°C oder von 40 bis 80°C, insbesondere 55 bis 65°C erfolgt.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Korngröße kleiner 2mm bereitgestellt wird.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Einsatzstoff für die erste und/oder zweite Agglomerationsstufe mit einem Wassergehalt von 15 bis 60 Ma%, insbesondere 40 bis 60 Ma% bereitgestellt wird; wobei der Einsatzstoff beim Verpressen auf einen Wassergehalt von 5 bis 20 Ma%, insbesondere 10 bis 12 Ma%, insbesondere 11 Ma% gebracht wird, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 70°C, insbesondere 50 bis 70°C, insbesondere 60°C.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen chargenweise zu jeweils einem Brikett binnen einer Zeitdauer von weniger als 15sek erfolgt, insbesondere weniger 10sek, insbesondere im Bereich von 3 bis 9 sek.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen bei Drücken von 120 bis 150 MPa, insbesondere bei 140 MPa erfolgt.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei dem Einsatzstoff vor oder während des Verpressens ein Bindemittel zugeführt wird, insbesondere ein Bindemittel aus der Gruppe: Melasse, Sufitlauge, Sulfatlauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC (Conversion Soaker Cracking)-Rückstand, HSC/ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction)-Mischrückstand aus der Erdölindustrie.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen derart erfolgt, dass die in Koksbriketts umgewandelten Briketts vor und/oder nach der Verkokung eine Druckfestigkeit >=20 MPa oder >=30 MPa aufweisen.
Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei vor dem Verpressen der Briketts zunächst eine Erwärmung und Trocknung des Einsatzstoffes auf 20 Ma% Wasser erfolgt, und daraufhin eine Erwärmung und Trocknung des zu Briketts verpressenden/verpressten Einsatzstoffes auf 11 Ma% Wasser, bevor die Briketts einer Ofenvorrichtung (10) zugeführt werden.
Verwendung einer Werkzeugvorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüchen in einem zweistufigen Agglomerationsprozess gemäß einem Kompaktierverfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, zum Kompaktieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Briketts, wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) die Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst und wobei die Formkanalstempelpresse (73) einen sich zweifach entgegengesetzt verjüngenden Presskanal (73.1) zum Bereitstellen von insbesondere zylindrischen Briketts aus Pellets der Lochscheibenwalzenmühle (79) umfasst.
Brikett (5), hergestellt, mit einer Werkzeugvorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, mit einem Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, insbesondere zylindrisches Brikett;
dadurch gekennzeichnet, dass das Brikett aus Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; besteht und eine Druckfestigkeit >=20 MPa oder >=30 MPa aufweist, wobei das Brikett durch eine erste Agglomerationsstufe (70.1) mit der Lochscheibenwalzenmühle (79) und durch eine zweite Agglomerationsstufe (70.2) mit der Formkanalstempelpresse (73) hergestellt ist, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Korngröße zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird.
Brikett nach dem vorhergehenden Anspruch 17, wobei das Brikett eine zylindrische Geometrie mit Breite zu Höhe-Verhältnis von 1 bis 5 insbesondere 2 bis 3 aufweist, mit wenigstens einer Stirnseite geometrisch korrespondierend zu einer Stirnseite eines Pressstempels einer Formkanalstempelpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 6.